GaN/光敏聚合物复合波导特性研究

【摘要】：随着人们对光通信系统中信息加载容量和传输速度要求的提高,集成光子电路相对于传统分立光学元件,逐渐显现出其高性能、低成本、结构紧凑的特点。以GaN为代表的宽带隙半导体凭借其优良的光电特性,成为集成光子电路中最具研究价值和发展潜力的基础材料。本论文正是基于GaN波导的优点,结合具有光敏特性的掺偶氮苯聚合物,设计并仿真分析了适用于波分复用系统的光波导器件和掺铒GaN波导光放大器。本文首先综述对比了 GaN与其他光集成工艺中常用材料的优缺点,总结了国内外研究团队在GaN光波导器件方面的研究进展,以及近年来在GaN与聚合物材料复合结构方面的研究成果。接下来建立了 GaN脊形光波导的理论分析模型,采用有效折射率法给出不同偏振波导模式满足的特征方程。在理论模型的基础上,通过计算设计了合理的波导结构。进一步地,利用偶氮苯分子在光照条件下的顺反异构,设计了 GaN/光敏聚合物复合结构光波导器件。针对应用于光通信窗口的无源光波导器件,设计分析了 GaN定向耦合器、GaN/掺偶氮苯光敏聚合物复合周期结构定向耦合器以及中心波长1550nm的阵列波导波分复用器等无源光波导器件。针对同样波长下的有源光波导器件,通过计算分析了掺铒GaN波导的光放大增益,并设计了完整的集成光波导放大器。文中各部分均通过仿真验证了设计结构的可行性。